CN106784199B - 全无机qled显示器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种全无机QLED显示器件及其制备方法，该全无机QLED显示器件包括：阳极，阴极和位于该阳极与该阴极之间的空穴传输层、电子传输层以及量子点发光层；该空穴传输层是由位于该阳极上的第一空穴传输层和位于该第一空穴传输层上的第二空穴传输层组成，该第一空穴传输层的材料为氧化钨，该第二空穴传输层的材料为氧化亚铜。本发明能够大大提高器件的稳定性和发光亮度。
Description
技术领域
本发明涉及电致发光器件，尤其涉及QLED显示器件。
背景技术
QLED显示器件(Quantum dot light-emitting diode，量子点电致发光二极管)是一种电致发光器件。在外界电场的驱动下，空穴和电子克服界面障碍分別进入量子点发光层的价带能级和导带能级，当从激发态而回到稳定的基态时，释放出光子。与QD-BEF(Quantum Dots-Brightness Enhancement Film，量子点增量膜)和QD-CF(Quantum Dots-Color Filter，量子点彩色滤光片)不同，QLED显示器件是电驱动量子点自身发光，并通过混色产生图像，不再需要液晶、彩膜，也省去了背光单元。
QLED显示器件与OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机电激光显示)显示器件的发光原理和结构组成有一定的相似性，但在材料属性和性能方面，QLED显示器件相比于OLED显示器件更具优势：量子点晶体为非有机物，性质更稳定；工艺流程相对简单；量子点发光的窄光谱特性；更低能耗。随着研究的深入，QLED显示器件的外量子效率也逐年提高，以红光QLED显示器件为例，其最高EQE(External Quantum Efficiency,外量子效率)已达20.8％，接近已经推向量产的OLED显示器件的EQE(25％-28％)，有望成为新一代高色彩质量、低功耗的平板显示技术。
目前，发光效率较高的QLED显示器件的叠层结构主要包括：电极，空穴传输层，电子传输层与量子点发光层。其中，空穴传输层材料多为有机材料，其中PEDOT:PSS(聚3，4-乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐)因为具有高导电性、高透光性以及良好的旋涂成膜性，应用最为广泛。电子传输层多采用无机材料，例如：ZnO(氧化锌)。量子点电致发光层作为芯层置于两者中间。然而PEDOT:PSS本身易吸水潮解并且其本身的酸性会腐蚀ITO(Indium TinOxides，氧化铟锡)层，从而影响到显示器件的稳定性。另外，有机空穴材料的导电性较低，流经器件的电流密度较小，亮度效率偏低。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术存在的不足，而提出一种全无机QLED显示器件的叠层结构，能够大大提高器件的稳定性和发光亮度。
本发明针对上述技术问题而提出的技术方案包括，提出一种全无机QLED显示器件，包括：阳极，阴极和位于该阳极与该阴极之间的空穴传输层、电子传输层以及量子点发光层；该空穴传输层是由位于该阳极上的第一空穴传输层和位于该第一空穴传输层上的第二空穴传输层组成，该第一空穴传输层的材料为氧化钨，该第二空穴传输层的材料为氧化亚铜。
本发明针对上述技术问题而提出的技术方案还包括，提出一种全无机QLED显示器件的制备方法，包括以下步骤：
对作为阳极的ITO基板进行清洗；
将氧化钨附着于ITO基板表面，形成第一空穴传输层；
将氧化亚铜沉淀在第一空穴传输层上，形成第二空穴传输层；
将量子点发光层旋涂在第二空穴传输层上；
在量子点发光层上沉淀电子传输层；以及
在电子传输层上形成金属阴极。
与现有技术相比，本发明的全无机QLED显示器件通过巧妙地采用无机的Cu2O(氧化亚铜)和WO3(氧化钨)作为无机空穴传输层，在提高QLED显示器件的抵抗水、氧侵蚀的能力的同时，可改善QLED显示器件的出光效率，亮度和稳定性。
附图说明
图1是本发明的全无机QLED显示器件的叠层结构示意。
图2是本发明的全无机QLED显示器件的能级结构示意。
图3是本发明的全无机QLED显示器件的制备方法的流程示意。
其中，附图标记说明如下：100全无机QLED显示器件 101 ITO基板 103第一空穴传输层 105第二空穴传输层 107量子点发光层 109电子传输层 111金属阴极 1012玻璃基板1014 ITO层。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明予以进一步地详尽阐述。
参见图1，图1是本发明的全无机QLED显示器件的叠层结构示意。本发明提出一种全无机QLED显示器件100，该全无机QLED显示器件100的叠层结构为：作为阳极的ITO基板101，第一空穴传输层103，第二空穴传输层105，量子点发光层107，电子传输层109以及金属阴极111。
ITO基板101具体由玻璃基板(Glass substrate)1012和位于该玻璃基板1012表层的ITO层1014构成。
第一空穴传输层103的材料为WO3，其厚度可为5nm～20nm。第二空穴传输层105的材料为Cu2O，其厚度可以为50nm～100nm。当外部电势500作用于该全无机QLED显示器件100时，该全无机QLED显示器件100能够发光。
量子点发光层107的材料可以为CdSe(硒化镉)、CdTe(碲化镉)、ZnO、ZnS(硫化锌)、ZnSe(硒化锌)、ZnTe(碲化锌)、GaAs(砷化镓)、HgS(硫化汞)、InAs(砷化铟)、InSb(锑化铟)、InP(磷化铟)、Si(硅)、CH3NH3PbI3(钙钛矿)中的至少一种，其厚度为10nm～100nm。
电子传输层109的材料为ZnO，其厚度为40nm～120nm。
金属阴极111的材料为Ag(银)或者Al(铝)，其厚度为80nm～150nm。
值得一提的是，采用无机的Cu2O和WO3替代现有的有机空穴传输材料，作为空穴传输层，有利于实现QLED显示器件100的全无机材料化，理论上可大大提高了显示器件的稳定性和发光亮度。具体而言，由于无机空穴材料相对于有机空穴材料的空穴迁移率更高，有利于空穴的注入，可有效提高QLED显示器件100的发光效率。并且，由于Cu2O和WO3都是制备工艺简单的无机材料，且薄膜制备工艺与器件的制造有很好的相容性，因此还可以降低QLED显示器件100的制造成本。
参见图2，图2是本发明的全无机QLED显示器件的能级结构示意。其中，每一层顶底两个数字分别代表了导带和价带的能级，二者的数值差表示带隙宽度。每种材料都有自己特有的带隙宽度。结合图1，ITO基材101一侧作为阳极，空穴处在价带能级上，然后经过空穴注入层(即第一空穴传输层103)的价带，透过空穴传输层(即第二空穴传输层105)，传输到量子点发光层107的价带。
图2中的带箭头的曲线表示空穴的传输路径，这条曲线相当地平滑，表明：各层之间的价带数值差越小，空穴注入的阻力较小，空穴注入的效率较高，整个全无机QLED显示器件100的效率较高。
在金属阴极111处，电子从金属阴极111注入到电子传输层109，由于电子传输层109的导带与量子点发光层107的导带是平行的，二者非常接近，电子的注入阻力较小，电子注入的效率较高。
值得一提的是，通过设置该第一空穴传输层103，能够有效缓解ITO基板101与第二空穴传输层105之间的价带能级差，从而改善整个全无机QLED显示器件100的性能。
参见图3，图3是本发明的全无机QLED显示器件的制备方法的流程示意。本发明提出上述的全无机QLED显示器件100的一种制备方法，其大致包括：
步骤S301、对作为阳极的ITO基板进行清洗。即，在制备QLED器件100之前，对ITO基板101进行清洗。将微加工图案化的ITO基板101依次置于丙酮、洗液、去离子水以及异丙醇中，分别进行超声清洗15分钟，去除ITO基板101表面的尘埃和化学污物。然后，采用氧气等离子体或紫外-臭氧处理ITO基板101的表面5～10分钟，进一步提高ITO基板101表面的清洁度，以及提高ITO基板101的功函数。
步骤S303、将氧化钨附着于ITO基板表面，形成第一空穴传输层。即，过渡族金属氧化物WO3可通过溶胶-凝胶法附着于ITO基板101的表面。具体有：首先，将化合物前驱体乙醇钨在甲醇溶液中搅拌12小时得到均匀的前驱液。然后，将前驱液以3000转/分钟的速度，旋涂在ITO基板101上，旋涂时间为30秒。接着，将处理后的基板进行热处理(温度110-150℃，时间5-10分钟)，形成一层平滑的的第一空穴传输层103，其厚度可为5～20nm。
步骤S305、将氧化亚铜沉淀在第一空穴传输层上，形成第二空穴传输层。即，在在第一空穴传输层103上再沉积第二空穴传输层105，该第二空穴传输层105的材料为Cu2O无机材料。具体有：首先，在衬底上旋涂一层CuI的乙腈或者N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液，将衬底在80℃的加热台上热处理10分钟以蒸发掉溶剂。然后，再将衬底浸入NaOH溶液中生成Cu2O。随后，用大量的水冲洗，在氮气环境下晾干后，在100℃加热10分钟。至此可形成一次致密的Cu2O薄膜作为第二空穴传输层105，其厚度可以为50nm～100nm。
步骤S307、将量子点发光层旋涂在第二空穴传输层上。即，待ITO基板101(带有第一空穴传输层103和第二空穴传输层105)冷却后，在第二空穴传输层105上利用旋涂工艺，旋涂量子点发光层107。通过转速可以调节量子点发光层107的厚度。旋涂完成后，将器件放置在80℃的加热台上加热10分钟，除去残留的溶剂。量子点发光层107的厚度可以为10nm～100nm，较佳地，为30nm～60nm。
步骤S309、在量子点发光层上沉淀电子传输层。即，在量子点发光层107上沉积电子传输层109，其中电子传输层109的材料为n型ZnO，因其具有高的电子传输性能。具体有：首先，将氧化锌纳米颗粒分散在乙醇中，其中氧化锌纳米颗粒的浓度为50mg/mL。然后，将分散在乙醇中的氧化锌纳米颗粒以2000转/分钟的速度，旋涂在量子点发光层107表面。旋涂完成后将器件放置在80℃的加热台上加热10分钟，除去残留的溶剂，形成一层致密的ZnO材质的电子传输层109。电子传输层109的厚度可以为40nm～120nm。
步骤S311、在电子传输层上形成金属阴极。即，将沉积完各功能层的ITO基板置于蒸镀仓中，通过掩膜板蒸镀金属Ag或金属Al阴极于电子传输层109上，金属阴极111的厚度可以为80nm～150nm。
与现有技术相比，本发明的全无机QLED显示器件100通过巧妙地采用无机Cu2O和WO3作为无机空穴传输层，在提高QLED显示器件的抵抗水、氧侵蚀的能力的同时，可改善QLED显示器件的出光效率，亮度和稳定性。
上述内容，仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种全无机QLED显示器件，其特征在于，包括：阳极，阴极和位于该阳极与该阴极之间的空穴传输层、量子点发光层以及电子传输层；其中，该空穴传输层是由位于该阳极上的第一空穴传输层和位于该第一空穴传输层上的第二空穴传输层组成，该第一空穴传输层的材料为氧化钨，该第二空穴传输层的材料为氧化亚铜。
2.依据权利要求1所述的全无机QLED显示器件，其特征在于，该第一空穴传输层的厚度为5nm～20nm。
3.依据权利要求1所述的全无机QLED显示器件，其特征在于，该第二空穴传输层的厚度为50nm～100nm。
4.依据权利要求1至3任一项所述的全无机QLED显示器件，其特征在于，该量子点发光层的材料为硒化镉、碲化镉、氧化锌、硫化锌、硒化锌、碲化锌、砷化镓、硫化汞、砷化铟、锑化铟、磷化铟、硅、钙钛矿中的至少一种，其厚度为10nm～100nm。
5.依据权利要求1至3任一项所述的全无机QLED显示器件，其特征在于，该电子传输层的材料为氧化锌，其厚度为40nm～120nm。
6.一种全无机QLED显示器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
对作为阳极的ITO基板进行清洗；
将氧化钨附着于ITO基板表面，形成第一空穴传输层；
将氧化亚铜沉淀在第一空穴传输层上，形成第二空穴传输层；
将量子点发光层旋涂在第二空穴传输层上；
在量子点发光层上沉淀电子传输层；以及
在电子传输层上形成金属阴极。
7.依据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述的将氧化钨附着于ITO基板表面，形成第一空穴传输层的步骤，具体包括：首先，将化合物前驱体乙醇钨在甲醇溶液中搅拌12小时得到均匀的前驱液；然后，将前驱液以3000转/分钟的速度，旋涂在ITO基板上，旋涂时间为30秒；接着，将处理后的基板进行热处理。
8.依据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述的将氧化亚铜沉淀在第一空穴传输层上，形成第二空穴传输层的步骤，具体包括：首先，在衬底上旋涂一层CuI的乙腈或者N,N-二甲基甲酰胺溶液，将衬底在80℃的加热台上热处理10分钟以蒸发掉溶剂；然后，再将衬底浸入NaOH溶液中生成Cu2O；随后，用水冲洗，在氮气环境下晾干后，在100℃加热10分钟。
9.依据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述的将量子点发光层旋涂在第二空穴传输层上的步骤，具体包括：待基板冷却后，在第二空穴传输层上利用旋涂工艺，旋涂量子点发光层；旋涂完成后，将器件放置在80℃的加热台上加热10分钟，除去残留的溶剂。
10.依据权利要求6至9任一项所述的制备方法，其特征在于：所述的在量子点发光层上沉淀电子传输层的步骤，具体包括：首先，将氧化锌纳米颗粒分散在乙醇中，其中氧化锌纳米颗粒的浓度为50mg/mL；然后，将分散在乙醇中的氧化锌纳米颗粒以2000转/分钟的速度，旋涂在量子点发光层表面；旋涂完成后将器件放置在80℃的加热台上加热10分钟，除去残留的溶剂。
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